[發明專利]硅基底多層線圈結構的微型渦流傳感器

有效

• 申請號: 201210193701.2
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102721738A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 徐志祥;姜鳳娟;尹嘉鵬;孫浩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于微傳感器技術領域，具體涉及金屬構件表面微小裂紋檢測。

背景技術

目前，用于微裂紋無損檢測的設備主要由磁粉探傷儀、超聲探傷儀、射線探傷儀。

磁粉探傷儀具有一定的缺點：例如，對表面微小裂紋的檢測靈敏度比較低，難以發現缺陷；需要檢測之前對工件表面進行預處理，去除表面的油脂、涂料以及鐵銹，大大增加了準備時間；被測工件容易被磁化，檢測之后需要進行退磁、除去磁粉處理，檢測效率低，延長路檢測周期。

超聲波探傷儀除了上述某些缺點外還具有自身一些缺點：例如，對形狀不規則、小、薄工件難以檢測；適合于深處大缺陷的檢測，對工件表面缺陷檢測靈敏度低穩定性很差；檢測時需要耦合劑，且效率低；需要由有經驗人員謹慎操作。

射線探傷儀對工件內部缺陷檢測很有效；對人體輻射大需要安全防護，且不易實施。

目前無損探傷傳感器在向著微小精密檢測方向發展，針對以上缺點本發明涉及一種硅基底多層線圈結構的微型渦流傳感器，具有結構纖薄、微小化、靈敏度高、效率高等優點，在表面涂層、潮濕等惡略環境下也能很好地開展監測工作，尤其適合金屬工件表面微裂紋的非接觸式檢測。

發明內容

本發明提供了一種硅基底上多層線圈結構的微型渦流傳感器，以消除目前無損檢測傳感器的上述缺點，不但實現了裂紋檢測的目的而且具有結構纖薄、尺寸微小、靈敏度高、效率高、非接觸檢測、對工作環境不敏感的優點。

本發明的技術方案如下：

采用硅片作為渦流傳感器的基底，包括單層激勵線圈、至少兩層的檢測線圈、導通層和

絕緣層，每兩層檢測線圈通過中間的一層導線柱導通，保證兩層檢測線圈螺旋方向相反；激勵線圈層與檢測線圈層之間具有單獨的SiO₂絕緣層；通過激勵線圈兩端的接線柱加載交變電源；檢測線圈的兩個接線柱穿過其上面每一層線圈空白區域與檢測電路引線相連。

該傳感器可以采用200μm厚的三寸硅基片為基底，其中檢測線圈截面尺寸為10μm×10μm、20μm×15μm、30μm×15μm三種，激勵線圈截面尺寸對應為140μm×20μm、290μm×20μm、430μm×20μm。檢測線圈均為10匝，激勵線圈均為單匝，材質選擇電導率較大的Cu。電感線圈有方形平面螺旋和圓形平面螺旋兩種形式，為了對比二者在實際應用中的靈敏度。為了增加每次檢測的面積提高檢測效率，相同的螺旋形狀及尺寸呈矩陣式分布，并且激勵線圈與檢測線圈螺旋形狀保持一致。可以根據檢測需要適當增加檢測線圈和激勵線圈層數。其中每兩層檢測線圈通過中間的一層導線柱導通，并保證兩層檢測線圈螺旋方向相反，從而保證感應電磁場疊加為了增強檢測信號提高檢測靈敏度；激勵線圈兩端的接線柱是用于加載激勵電源；激勵線圈層與檢測線圈層之間通過其間的SiO₂層，達到絕緣效果；檢測線圈的兩個接線柱穿過其上面每一層線圈空白區域為了在最后層與后續信號檢測電路連接。電感線圈根據相同形狀及尺寸呈矩陣式分布。在加工完成之后，可以根據實際檢測需要，進行基于基底的切割，既可以切割單套電感線圈用于單套電感線圈調試，或者根據相同形狀及尺寸進行矩陣式切割，同時使用多套電感線圈進行大面積檢測達到提高檢測效率的效果。

本發明的有益效果是底層絕緣效果好，傳感器更加輕薄、操作靈便。通過微精密加工工藝UV-LIGA：光刻、濺射、電鑄以及等離子體化學氣相沉積PECVD技術將渦流傳感器的微型檢測和激勵線圈一體化、微小化，該結構設計打破了傳統上激勵和檢測線圈相互獨立放置，在進行檢測時候需要對激勵和檢測分別定位的缺點。傳感器內部具有很多套電感線圈，與傳統傳感器單線圈相比，大大增加了一次探傷的面積提高了檢測效率。硅基底多層線圈結構的微型渦流傳感器不但具有微型集成化特點，而且性價比高、檢測面積大、效率高、操作靈便，重要的是打破了傳統無損檢測傳感器的宏觀局限性，尤其對金屬表面微裂紋無損檢測具有重要實際應用價值。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對發明進一步說明。

圖1分別是本發明的縱切面結構示意圖。其中■表示金屬Cu，□表示光刻膠。

圖2a是第一層檢測線圈俯視圖。

圖2b是對應圖2a的導線柱俯視圖。

圖2c是對應圖2a、2b的第二層檢測線圈俯視圖。

圖2d是對應圖2a、2b、2c的檢測線圈與激勵線圈之間絕緣層俯視圖。

圖2e是對應圖2a、2b、2c、2d的激勵線圈俯視圖。

圖3是本發明中第一層檢測線圈層的整體俯視圖。